图1.研究区LiDAR绘制的滑坡痕迹及其在台湾的位置
一般来说，PSInSAR是一种推导大面积变形的方法，例如地面沉降或断层变形，很多学者使用InSAR方法结合其他地学方法对滑坡活动进行监测，所使用的InSAR方法有PSInSAR、SBASInSAR、DInSAR、A-DInSAR、TCP-InSAR、SqueeSAR等[参考文献1-28]。
台湾国立暨南大学王国龙教授团队使用SBAS方法进行研究。在确认地表运动后进行不同测量值的比较。变形值和速度证明了活动性，可以提供有关滑坡机制的信息。但DInSAR应注意滑坡位移大面积分析的正确性。鉴于此，将卫星相对变形（LOS）转换为垂直方向是唯一可行的验证方法。使用的方法是SARScape软件提供的程序。
DInSAR、PSInSAR和SBASInSAR近年来发展非常迅速。这些技术对于大规模滑坡监测变得更加有效。已有学者提出了各种方法来实现更快的处理和更好的结果[参考文献29-38]。
本研究使用Sentinel-1同极化数据，1mLiDARDEM作为参考DEM，使用SARscape进行DInSAR处理，处理流程如下图。
图2DInSAR处理流程图
DInSAR方法适用于观测基线短、周期短的两个场景的滑坡伤痕。然而，从两个图像中获得的相干性、幅度和条纹很难连续监测位移。因此，在研究区引入了时序InSAR方法。该区域采用PSInSAR和SBASInSAR，但PSInSAR结果的候选点少得多。从PSInSAR中提取的候选点数仅为SBAS的1/10。因此，本研究仅使用了SBASInSAR（以下简称SBAS）方法。
图3-1升轨数据集连接图
图3-2降轨数据集连接图
直接来自SARScape软件处理的RMS垂直位移误差显示为8.6mm，升轨数据集的置信度为95%，降轨数据集的RMS垂直位移误差显示为9.8mm，置信度为95%。升轨数据集的入射角方位角为80.1度，倾角为39.1度。降轨数据集的入射角方位角为281.5度，倾角为36.9度。研究区朝向以东向为主。坡向（方位角）和坡度（陡度）会影响候选点的数量及其准确性。升轨数据集得到的候选点较多，如图4(1).这是因为研究区的斜坡正对着升轨的SAR卫星信号。此外，SARScape的一些参数针对研究区域进行了优化，以产生最多的候选点。接下来就是验证该研究区域中每个轨道结果的准确性。
图4-1升轨数据集SBAS处理得到的SBAS候选点
图4-2降轨数据集SBAS处理得到的SBAS候选点
安装了两个双频GNSS站进行分析，以验证SBAS分析结果的准确性，如图1所示，自2017年4月开始。采用位于距离该点1.1公里的稳定位置的GNSS参考站作为节点，进行节点位移计算。假设参考GNSS站稳定无位移。GNSS站址的选择基于初步DInSAR分析。差分GNSS计算基于开源代码RTKLIB。由于大雨，道路可能会被阻塞。因此，记录的数据通过互联网发送到实验室，并每小时在另一台服务器上进行计算。Sentinel-1数据的重访周期为12天。每小时的GNSS采样对于DInSAR验证来说太密集了。因此，采用了24小时的采样频率。
如图5和图6所示，从2017年4月到2021年6月有两次强降雨。第一次是2017年6月，即安装GNSS站仅两个月后，6月1日至6月4日降雨量为902.5毫米，6月11日至6月18日降雨量为640毫米。该事件在GNSS1处向东方向产生了约120毫米，向南方向产生了38毫米，在垂直方向产生了78毫米的位移。第二次强降雨是2019年，每小时降雨量达到了52毫米的峰值，但累积降雨量比2017年那次少。在这次事件中测量了位移。GNSS2向南的位移大于向东，因为它的坡向是向南的；GNSS2的水平位移与垂直位移几乎相同；但GNSS1的水平位移远大于垂直位移。位移结果意味着GNSS2的位置在单个滑动面，GNSS1在多个滑动面，也就是说下面有更深的滑动面。现场勘查和数值模拟以验证这一观察结果。
图5.GNSS1处测量的GNSS位移和降雨量。
图6.GNSS2处测量的GNSS位移和降雨量。
采用垂直位移进行验证。提取GNSS1和GNSS2处的垂直位移与SBAS的结果比较。如图7和图8所示，GNSS1垂直位移在cm精度内与升轨数据集的SBAS结果非常一致。由于地形的原因，降轨数据集的SBAS结果与实际的位移有很大不同。这一结果表明：在分析滑坡活动时，山体本身对SAR数据轨道的选择起到控制性作用。GNSS2安装在庐山小学内，斜坡朝南。对比结果表明，降轨数据集的SBAS结果比升轨数据集的SBAS结果更加一致。但是，升轨数据集经过四年的计算，得到了更加准确的形变结果。因此，以下结果讨论将集中在本研究区的升轨数据集上。此外，有个现象是：在2017年降雨事件之后，GNSS和SBAS都测量到了隆起现象。该机制将在下一节中讨论。
图7.在GNSS1处测量的GNSS位移和SBAS测量得到的位移。
图8.GNSS2处测量的GNSS位移和SBAS测量得到的位移。
GNSS1Location
坡度(degree)
坡向(degree)
15.6
88.9
升轨
降轨
误差均值(mm)
13.21
84.74
误差标准差(mm)
10.14
37.82
0.95
0.69
GNSS2Location
19.8
169.8
24.43
25.76
15.17
17.52
0.51
0.20
通过以上分析，可以得出结论：在该研究区，SAR升轨数据的结果优于SAR降轨数据的结果。结果表明，升轨的SAR数据适用于东向斜坡。
图9.坡度测斜仪测得的地表水平位移。
本研究提出了将水平位移转换为垂直位移的概念，示意图如图10。边坡测斜仪测量参考地表深处的水平位移。钻孔处的平均坡度，同一点的垂直位移可根据下列公式估算。计算坡度的推荐距离（半径）是从孔的中心到大于测斜仪深度的半径。
tanθ=→V=H×tanθ
其中,θ:边坡测斜仪钻孔处的平均坡度；H:边坡测斜仪观测到的地表位移；V:估计的垂直位移。
图10.坡度测斜仪测量横向地面位移和垂直位移转换的图示
转换后的垂直位移如图11所示，将SBAS处理得到的垂直位移在同一时期绘制以进行比较。结果表明，该方法可以正确估计BH1处的垂向位移趋势。但BH2处的位移相比只是变形趋势一致，值并不准确。所提出的方法是基于滑坡监测，其中观测点总体上是向下移动的。如果观察点向上移动（隆起），则应仔细检查该过程。这种方法允许比较DInSAR和边坡测斜仪数据，尤其是没有GNSS或水准数据的传统监测站点。比较这些位置时，有两个有趣的观察结果：一个是在2017年强降雨之后，形变趋势出现了反方向的变化；二是这些地点没有受到2019年强降雨的影响。
图11.坡度指标与升轨SBAS形变结果相比的转换垂直位移。
由于SBAS方法的准确性在该地区已通过GNSS和边坡测斜仪得到验证，因此在研究区基于该方法进行滑坡制图是可行的。为了建立一个标准的操作程序来绘制滑坡区域，在几次测试后执行以下处理步骤：
（1）SBAS处理之后从LOS位移计算垂直位移；
（2）将垂直位移内插为栅格数据；
（3）将栅格垂直位移与从DEM生成的山体阴影图叠加；
（4）将得到的位移与Lidar识别的滑坡区进行比较。
处理后绘制出潜在的滑坡区，如图12所示，同时还叠加了LiDAR识别的滑坡区。图中显示大部分LiDAR基础滑坡区都在移动，这说明用LiDAR数据绘制的滑坡是正确的。但是，滑动位移也意味着优先做进一步的工程监测。SBAS方法可作为选择减灾地点的可能的技术手段。基于SBAS方法绘制的潜在滑坡区比LiDAR绘制的滑坡区域多。这些潜在的滑坡区正在移动，但由于连续的规则滑动，滑动阈值难以定义。这种基于LiDARDEM的SBAS形变结果表明，大部分沉降发生在滑坡的顶部，此外，在斜坡的低海拔处可以观测到一些抬升。
图12.2017年3月到2021年6月Sentinel-1数据SBAS处理得到的垂直位移速率
在上图5中的垂直位移显示了2017年强降雨事件后的抬升行为。GNSS1的观测表明水平位移远大于垂直位移。检测到的小的形变意味着存在多个滑动平面。对该站点进行现场调查以找到滑动机制。现场调查发现，墙上的裂缝，如图13，在屋顶顶部安装了GNSS。挡土墙到底部的位移大于顶部，说明了圆形破坏情况，这可能导致滑动底部具有较高高度的旋转。为了模拟这种情况，采用了一个简单的斜率模型：Rocscience的RS2进行有限元分析。坡顶至坡脚剖面进行切割模拟滑坡位移。模拟结果如图14所示，图中标出了GNSS位置。模拟了位移的水平分量和垂直分量。结果表明，在GNSS位置，水平位移比垂直位移更显著。此外，模拟结果说明该站点至少有两个滑动平面。从数值模拟中识别出两个滑动。主要滑动发生在降雨量更大的情况下，这导致整体滑动和GNSS垂直高程下降。小滑坡发生在大滑坡稍停时，小雨袭来，造成圆周旋转，垂直高程增加。
图13.挡土墙裂缝显示底部位移大于顶部（GNSS1安装在建筑物屋顶）
图14有限元数值位移模拟结果
本研究提出了基于DInSAR和SBAS的滑坡区处理和验证方法。来自LiDARDEM的滑坡制图显示了过去的滑坡事件，对当前的情况应识别活动滑坡，如果变化速度较快，应进行进一步监测和处理。
DInSAR可以检测滑坡区域并进行位移图绘制。一旦在两个场景中发生了事件，DInSAR可以使用适当的阈值从边缘和位移图绘制剖面区域。然而，DInSAR在像对的选择上、不可避免会产生噪声信号，而且很难确定斜坡是否正在滑动等，这些方面都存在问题。DInSAR的结果在接下来的分析中并不那么精确且易于使用。
数值模拟验证了斜坡的滑动行为，引起垂直位移的不同组分。因此，这种方法可以进行大面积的滑坡监测，并且可将监测仪器选择安装在快速滑动的位置。此外，SBAS方法可以检测不稳定滑坡，为工程处理或监测工作提供预警。
本研究提出了基于SBAS方法的潜在滑坡监测，与野外调查相一致。该方法可进行滑坡制图，为优先做好稳定滑坡的工程治理提供技术支撑。